【正文】 獻(xiàn)[1]可得知，橫向進(jìn)給量為縱向的1/2～1/3,取1/2,則切削力約為縱向的1/2，F(xiàn)=(1/2)== （31）在切斷工件時(shí)：F==== （32） （2）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌：P=KFy+f＇(Fz+W) （33）取K= f＇=,則 P=+（+30） == （34）壽命值L === （35） 最大動(dòng)負(fù)載 Q==1== （36）根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖31所示。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后和滾珠絲杠用套筒聯(lián)軸器連接。滾珠絲杠仍利用原絲杠位置，其螺母副通過托架安裝在床鞍底部，滾珠絲杠兩端加裝接套、接桿及支承。脈沖編碼器采用異軸安裝，意在實(shí)現(xiàn)角位移信號(hào)傳遞的同時(shí)，又能吸收車床主軸的部分振動(dòng)，從而使主軸脈沖編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，傳遞信號(hào)準(zhǔn)確。增加一只電磁離合器，用以接收數(shù)控系統(tǒng)的停機(jī)制動(dòng)信號(hào)以控制原制動(dòng)裝置制動(dòng)停車。改造的方案不是唯一的，以下是其中的一種方案： (1) 主傳動(dòng)系統(tǒng)保留原機(jī)床的主軸手動(dòng)變速。 。 主軸脈沖編碼器：作用是實(shí)現(xiàn)螺紋加工。進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案框圖如圖22所示： 圖21 數(shù)控車床的總體改造方案結(jié)構(gòu)示意圖圖22 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案框圖 總體框架說明： 微機(jī)：可采用8031單片機(jī)，可滿足該系統(tǒng)的控制要求。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高，電流較大，如果將I/O輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾，輕則影響單片機(jī)程序運(yùn)行，重則導(dǎo)致單片機(jī)接口電路的損壞，所以在接口電路與功率放大器之間加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)CA6140 車床有關(guān)資料以及數(shù)控機(jī)床的改造經(jīng)驗(yàn),確定總體方案為：采用以8031單片機(jī)為核心的數(shù)控裝置控制加工過程。X軸（橫向）脈沖當(dāng)量：Z軸（縱向）脈沖當(dāng)量：實(shí)現(xiàn)功能：車削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工操作要求：起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、單步運(yùn)行、自動(dòng)循環(huán)、暫停、停止。將CA6140型普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)CA6140車床原有功能，在機(jī)床的精度、性能等方面除保持原來狀況外還有所提高。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。 對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作。普通車床（如C616，C618，CA6140）等是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。 機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)：（1）改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新增功能，提高了機(jī)床的使用價(jià)值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率；（2）適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；（3）自動(dòng)化程度提高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高；（4）降低對(duì)工人的操作水平的要求；（5）數(shù)控改造費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好；（6）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。如果設(shè)備全部更新替換，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi)。 關(guān)鍵字：普通車床 數(shù)控改造 步進(jìn)電機(jī) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控刀架一 緒 論我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制是從1958年開始的，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，直至80年代后引進(jìn)了日本、美國(guó)、西班牙等國(guó)數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術(shù)后，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)才有質(zhì)的飛躍，應(yīng)用面逐漸鋪開，數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)才逐步形成規(guī)模。 (4) 刀架的改造，采用數(shù)控刀架，這樣可以用數(shù)控系統(tǒng)直接控制，而且刀架體積小，重復(fù)定位精度高，安全可靠。這中間最突出一點(diǎn)就是選用滾珠絲杠代替滾動(dòng)絲杠，提高了傳動(dòng)的靈敏性和降低功率步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。 設(shè)計(jì)題目：CA6140車床的數(shù)控化改造 專 業(yè)： 設(shè) 計(jì) 者： 指導(dǎo)老師： 年 月 日 摘 要 普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下，然后再對(duì)普通車床進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械改造，改造的內(nèi)容主要包括： (1) 床身的改造，為使改造后的機(jī)床有較好的精度保持性，除盡可能地減少電器和機(jī)械故障的同時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床零部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌。 (2) 拖板的改造，拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，所以對(duì)其改造尤顯重要。 (3) 變速箱體的改造，由于采用數(shù)控系統(tǒng)控制，所以要對(duì)輸入和輸出軸以及減速齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而再對(duì)箱體進(jìn)行改造。 通過對(duì)機(jī)床的改造并根據(jù)要求選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，這樣改造后的機(jī)床就能基本滿足現(xiàn)代化的加工要求。 由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，市場(chǎng)需求變的越來越多樣化，多品種、中小批量甚至單件生產(chǎn)占有相當(dāng)大的比重，普通機(jī)床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的要求。如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更快，應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)上，它既能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，又能提高加工精度，所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造。因此，我們必須走數(shù)控改造之路。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(dòng)。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。二 總體方案設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)要求本課題來源于生產(chǎn)實(shí)踐。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中滿足以下幾點(diǎn)要求：X軸（橫向）、Z軸（縱向）改為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)。 CA6140車床改造的總體方案 由于是經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造,所以在考慮具體方案時(shí),基本原則是在滿足使用要求前提下,對(duì)機(jī)床改動(dòng)盡可能少,以降低成本。微機(jī)通過I/O接口發(fā)出步進(jìn)脈沖，經(jīng)過光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路，驅(qū)動(dòng)控制線路接受來自數(shù)控車床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)各定子繞組依次通電、斷電的信號(hào)，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。為加工螺紋,在主軸上加裝主軸脈沖編碼器。其總體改造方案結(jié)構(gòu)示意圖見圖21所示。 光電隔離：作用是能夠隔離外部干擾信號(hào)對(duì)微機(jī)的信號(hào)沖擊，提高 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 橫（縱）向工作臺(tái)：是由CA6140改造而來，拆除原來的絲桿，溜板箱，變速箱等。 三 車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分改造設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板刀架等。改造后使其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離，主電機(jī)的作用僅為帶動(dòng)主軸旋。加工螺紋或絲杠時(shí)，為保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具準(zhǔn)確移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，需拆除掛輪架系統(tǒng)，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖編碼器，作為主軸位置信號(hào)的反饋元件。 (2) 進(jìn)給系統(tǒng)原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠和操作杠全部拆除，縱向進(jìn)給系統(tǒng)以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，經(jīng)一級(jí)齒輪減速轉(zhuǎn)矩增大后，由滾珠絲杠傳動(dòng)。與床身尾部步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)接。橫向進(jìn)給系統(tǒng)中保留原手動(dòng)構(gòu)，將原橫溜板的絲杠的螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板后端，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)與車床大拖板連接起來，以保證同軸度，提高傳動(dòng)精度。 圖31 橫向結(jié)構(gòu)示意圖 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：工作臺(tái)重（根據(jù)圖紙粗略計(jì)算） W=30kgf=300N時(shí)間常數(shù) T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L=4mm左旋行程 S=230mm脈沖當(dāng)量 =步距角 = 176。查參考文獻(xiàn)[2]可知，其額定動(dòng)負(fù)荷為6100N，所以強(qiáng)度足夠用。39′，摩擦角ψ=10′則傳動(dòng)效率 η=== （37） ③ 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量ΔL===106cm （38）滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量ΔL2很小，可忽略，即：ΔL=ΔL。 ④穩(wěn)定性驗(yàn)算由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不用驗(yàn)算。 d=36mm d=60mm d=40mm d=64mm a=48mm